一种高空气球的浮力测量装置及其测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种高空气球的浮力测量装置及其测量方法。所述高空气球的浮力测量装置包括配重、电子秤、平板桌和用于束缚气囊的夹紧组件，所述夹紧组件上悬挂有所述配重，且所述配重置于所述平板桌上，所述电子秤位于平板桌的底部。与相关技术相比，本发明专利技术提供高空气球的浮力测量装置通过夹紧组件在地面束缚气囊，并实时读取电子秤示数从而反算高空气球的浮力值，有效降低地面风场环境对高空气球的浮力测量影响，提高高空气球在野外条件下的浮力测量准度，确保高空气球顺利升空。确保高空气球顺利升空。确保高空气球顺利升空。

【技术实现步骤摘要】
一种高空气球的浮力测量装置及其测量方法


[0001]本专利技术涉及系留气球
，尤其涉及一种高空气球的浮力测量装置及其 测量方法。

技术介绍

[0002]高空气球又名高空科学气球，是一类能够长时飞行在临近空间高度的成熟飞 行器，其具有飞行高度高、搭载能力强、研制成本低、准备周期短、易于灵活部 署等诸多优势。当前，国内对于高空气球的搭载需求主要为：驻空高度20km左 右、飞行时间数天以内、载荷重量不超过100kg。这一技术指标需求下设计的高 空气球气囊体积不超过5000m3，直径不超过25m，属于中小型高空气球，对于 地面保障设施的要求不高，通常在野外环境条件下进行总装、充气及发放等一系 列操作。
[0003]考虑到高空气球未成型前因气囊兜风存在安全风险，其发放窗口一般选择在 凌晨0点～早上9点之间，对地面的风速要求不超过3m/s。但是，受近地面风场 变化随机性的影响，地面风速时常可达到3m/s～5m/s，偶尔甚至超过5m/s，该风 速下气囊姿态极不稳定且反复晃动，若采用传统的气囊悬挂配重的直接测量浮力 方法难以准确测量高空气球浮力，并容易产生以下影响：(1)氦气充填过多或过少， 过多可能导致气球升空速度过快，后续压力调控困难。过少可能导致系统浮力不 足，不能抵达预设驻空高度；(2)发放延滞，为精准测定浮力，等待地面发放风速 小于3m/s，可能延误发放操作。因此，在5m/s的风速条件下，如何在野外准确 测量高空气球的浮力，对于高空气球的飞行任务执行至关重要。
[0004]高空气球的浮力测量方法主要包括悬挂配重法、拉力计测量法、标准查表法、 气体状态方程计算法、氦气瓶计量法等。各种方法的原理如下：
[0005]悬挂配重法：当气囊地面充气基本完成后，通过绳系悬挂已知重量的配重， 再读取底部电子称示数来判定系统浮力是否满足要求；
[0006]拉力计测量法：采用拉力计设备直接测量浮力，即充气完成后，在气囊与配 重的连接绳系之间布置拉力计，通过读取拉力计示数来判断浮力是否满足要求， 要求配重大于要求浮力值；
[0007]标准查表法：通过读取氦气集装格或集装管束充气前后的压强、温度值，依 据GBT 4844
‑
2011《纯氦、高纯氦和超纯氦》，查不同压力、温度下氦气的体积 换算系数K值来计算充填氦气体积，再根据地面大气密度计算浮力是否满足要求；
[0008]气体状态方程计算法：与标准查表法类似，但将充气过程视为恒温过程，读 取氦气集装格或集装管束的压强值，再根据气体状态方程来计算氦气充填体积， 再根据地面大气密度计算浮力是否满足要求；
[0009]氦气瓶计量法：该方法为一近似测量法，选择出厂体积已知的氦气瓶(5m3或 10m3/每瓶)，根据计算所需氦气充填量要求，折算所需气瓶数量，通过汇流排同 时充填氦气，直至气瓶放气声音停止，再可估算出浮力。
[0010]各类中小型高空气球的浮力测量方法的缺点如下：
[0011]悬挂配重法：该方法主要受地面风场环境影响大，经野外试验验证，风速 2m/s～3m/s时，气囊姿态已不稳定，电子秤显示的示数波动范围较大，浮力测量 结果不准，误差大；
[0012]拉力计测量法：与悬挂配重法类似，该方法也受地面风场环境影响大，浮力 测量结果不准，误差大；
[0013]标准查表法：GBT 4844
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2011《纯氦、高纯氦和超纯氦》只能读取集装格或 集装管束压强值高于9.8MPa的体积系数，低于9.8MPa的无体积系数。此外，所 查系数表对应的温度和压强值有刻度间隔，未覆盖所有的温度和压强值，对于中 间值需要做差值处理，可能导致浮力测量有明显误差；
[0014]气体状态方程计算法：基于气体状态方程的测量方式为一恒温理想过程，而 集装格或集装管束在充气过程中温度是不断变化的，经野外试验验证，充气量较 标准查表法的浮力测量结果偏大；
[0015]氦气瓶计量法：数氦气瓶测量浮力的方式受气瓶放气残余的影响，不可能完 全放完整瓶气，且充气量不一定是整瓶气的整数倍，充填量也会存在一定的误差。

技术实现思路

[0016]本专利技术的目的在于提供一种高空气球的浮力测量装置及其测量方法，测量原 理简单、便于安全控制且最大限度降低气囊在地面充气时的高度。
[0017]本专利技术的技术方案是：一种高空气球的浮力测量装置包括配重、电子秤、平 板桌和用于束缚气囊的夹紧组件，所述夹紧组件上悬挂有所述配重，且所述配重 置于所述平板桌上，所述电子秤位于平板桌的底部。
[0018]上述方案中，通过夹紧组件在地面束缚气囊，并实时读取电子秤示数从而反 算高空气球的浮力值，有效降低地面风场环境对高空气球的浮力测量影响，提高 高空气球在野外条件下的浮力测量准度，确保高空气球顺利升空。
[0019]优选的，所述夹紧组件为滚筒、夹具或束缚带中的任意一种。
[0020]优选的，所述滚筒包括1#滚筒、2#滚筒和3#滚筒，所述1#滚筒和2#滚筒外 圆面接触并呈对夹；所述3#滚筒位于所述1#滚筒和2#滚筒中心连线的旁侧。
[0021]优选的，所述1#滚筒和2#滚筒之间捆绑有约束绳，所述配重通过卸扣悬挂于 1#滚筒和2#滚筒两端的约束绳上。
[0022]优选的，所述3#滚筒的直径小于1#滚筒和2#滚筒的直径。
[0023]优选的，所述夹紧组件的外表面包覆一层柔性材料。
[0024]优选的，所述电子秤为无线电子秤，其包括手持式仪表和与所述手持式仪表 信号连接的秤盘，所述秤盘的底部设有滚轮。
[0025]优选的，所述配重与平板桌的边沿具有间距L，L＝20
‑
30cm。
[0026]本专利技术还提供一种高空气球的浮力测量方法，采用上述的高空气球的浮力测 量装置进行，包括：
[0027]1)高空气球开始进行总装时，取出气囊并将其沿着发放场地的上风向铺设展 开；
[0028]2)根据实现计算的高空气球在地面充填的氦气体积，定位夹紧组件在气囊上 的约束位置，且该位置位于气囊充气管的下方；
[0029]3)开启电子秤，并在所述电子秤上放置一块平板桌，并将电子秤示数清零；
[0030]4)将电子秤和平板桌放置在气囊的约束位置；再将气囊的约束位置绕转夹紧 组件后夹紧；
[0031]5)配置气囊约束所需的配重，并将配重悬挂在夹紧组件上，且平稳放置在平 板桌上，记录电子秤示数值；
[0032]6)根据高空气球飞行高度、飞行策略、地面与高空气象条件，计算高空气球 所需填充氦气体积及产生的净浮力；
[0033]7)根据高空气球、夹紧组件重量情况及电子秤示数，确定地面预留净浮力， 根据步骤6)的净浮力结果计算电子秤的目标示数值；
[0034]8)上述步骤完成后，对气囊充气；充气过程中，观察电子秤的示数，直至达 到目标示数值。
[0035]优选的，步骤7)通过公式(1)计算电子秤的目标示数值：
[0036]M本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高空气球的浮力测量装置，包括配重(8)及电子秤(10)，其特征在于，还包括平板桌(9)和用于束缚气囊的夹紧组件，所述夹紧组件上悬挂有所述配重(8)，且所述配重(8)置于所述平板桌(9)上，所述电子秤(10)位于平板桌(9)的底部。2.根据权利要求1所述的高空气球的浮力测量装置，其特征在于，所述夹紧组件为滚筒、夹具或束缚带中的任意一种。3.根据权利要求2所述的高空气球的浮力测量装置，其特征在于，所述滚筒包括1#滚筒、2#滚筒和3#滚筒，所述1#滚筒和2#滚筒外圆面接触并呈对夹；所述3#滚筒位于所述1#滚筒和2#滚筒中心连线的旁侧。4.根据权利要求3所述的高空气球的浮力测量装置，其特征在于，所述1#滚筒和2#滚筒之间捆绑有约束绳(11)，所述配重(8)通过卸扣(12)悬挂于1#滚筒和2#滚筒两端的约束绳(11)上。5.根据权利要求3所述的高空气球的浮力测量装置，其特征在于，所述3#滚筒的直径小于1#滚筒和2#滚筒的直径。6.根据权利要求1所述的高空气球的浮力测量装置，其特征在于，所述夹紧组件的外表面包覆一层柔性材料。7.根据权利要求1所述的高空气球的浮力测量装置，其特征在于，所述电子秤(10)为无线电子秤，其包括手持式仪表和与所述手持式仪表信号连接的秤盘，所述秤盘的底部设有滚轮。8.根据权利要求1所述的高空气球的浮力测量装置，其特征在于，所述配重(8)与平板桌(9)的边沿具有间距L，L＝20
‑
30cm。9.一种高空气球的浮力测量方法，采用如权利要求1～7任一项所述的高空气球的浮力测量装置进行，其特征在于，包括：1)高空气球开始进行总装时，取出气囊并将其沿着发放场地的上风向铺设展开；2)根据实现计算的高空气球在地面充填的氦气体积，定位夹紧组件在气囊上的约束位置，且该位置位于气囊充气管的下方；3)开启电子秤(10)，并在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪涛，杜超，王东祥，刘安狄，阳建华，
申请(专利权)人：湖南航天远望科技有限公司，
类型：发明
国别省市：